5E9043 — Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления: ответ и решение

Общее условие

Флотация

Чистая руда почти никогда не встречается в природе. Как правило, полезное ископаемое перемешано с «пустой», ненужной горной породой. Процесс отделения пустой породы от полезного ископаемого называют обогащением руды.

Для обогащения руды можно использовать явление смачивания (см. рисунок 1).

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 1

Способ обогащения руды, основанный на явлении смачивания, называется флотацией. Сущность флотации состоит в следующем. Раздробленная в мелкий порошок руда взбалтывается в воде. Туда же добавляется небольшое количество вещества, обладающего способностью смачивать одну из подлежащих разделению частей, например крупицы полезного ископаемого, и не смачивать другую часть – крупицы пустой породы. Обычно применяют какое-нибудь масло. В результате перемешивания крупицы полезного ископаемого обволакиваются тонкой плёнкой масла, а крупицы пустой породы остаются свободными. В получившуюся смесь очень мелкими порциями вдувают воздух. Пузырьки воздуха, пришедшие в соприкосновение с крупицей полезной породы, покрытой слоем масла и потому не смачиваемой водой, прилипают к ней.

Крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх, а крупицы пустой породы опускаются вниз. Таким образом происходит более или менее полное отделение пустой породы, и получается концентрат, богатый полезной рудой.

Задание №1. Дайте развернутый ответ.

Решение задания OGEPHYS5E9043

Ответ: Да, если изменить избирательное смачивание частиц.

Да, это возможно. В описанном процессе разделение определяется тем, к каким частицам прилипают воздушные пузырьки. Нужно подобрать вещество, которое избирательно покрывает плёнкой крупицы пустой породы и делает их поверхность плохо смачиваемой водой, а поверхность полезной руды оставляет смачиваемой водой.
Тогда воздушные пузырьки будут преимущественно закрепляться на пустой породе. Смачиваемые водой крупицы руды останутся без такого количества прикреплённого газа.
Рассмотрим систему отсчёта Земли, ось Oy направим вверх. Для частицы вместе с прикреплёнными пузырьками действуют тяжесть mg вниз, сила Архимеда F_А вверх и сопротивление воды против движения. В начале подъёма при малой скорости:
F_А − mg = maᵧ;
F_А = ρ_в · gV_{системы}.
Пузырьки существенно увеличивают вытесняемый объём при небольшой добавке массы. Когда выталкивание системы «порода и газ» превышает тяжесть, она начинает всплывать. При установившемся подъёме избыток выталкивания уравновешивается сопротивлением. Частицы руды без пузырьков, более плотные, чем вода, оседают.
Проверка: изменяется избирательное прилипание газа, а не плотность самого минерала. В исходном тексте масло смачивает полезную породу и изолирует её от воды; для обратного разделения покрывать нужно пустую породу. Ответ: да, при соответствующем подборе вещества для избирательного смачивания.

Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления: схема решения задания OGEPHYS5E9043 — Обозначения: Исходный рисунок ФИПИ и пояснения к решению.

КЭС:	1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Тип ответа:	Развернутый ответ

Задание OGEPHYS5E9043: Поверхностное натяжение, смачивание и капиллярные явления

Общее условие

Решение задания OGEPHYS5E9043

Помочь улучшить сайт

Комментарии к решению